DE2461590C2

DE2461590C2 - Beam deflector, in particular for a device for material testing, and use of the beam deflector

Info

Publication number: DE2461590C2
Application number: DE2461590A
Authority: DE
Inventors: Jean St.Ismier Perdison
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1973-12-26
Filing date: 1974-12-27
Publication date: 1986-08-21
Also published as: CA1009359A; IT1027183B; FR2256617A1; PL104062B1; BE823664A; JPS5843693B2; SE7416268L; SU740163A3; FR2256617B1; SE7807113L; DE2461590A1; JPS51135589A; NL7416832A; LU71543A1; SU660606A3; GB1495536A; SE404845B; US3916675A

Description

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Die Erfindung betrifft einen Strahlablenker, insbesondere für eine Einrichtung zur Werkstoffprüfung, gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 5 sowie die Anwendung des Strahlablenker gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8. Die Ablenkfläche des Strahlablenker hat eine solche Form, daß ein Bündel von parallelen Strahlen von einer Strahlungsquelle, das durch den Strahlablenker abgelenkt worden ist, auf einen Zyiinderkörper unter festem, konstantem Einfallswinkel fällt, wobei der Einfallswinkel relativ zur Normalen auf die Mantelfläche des Zyiinderkörper im Slrahleinfallspunkt gemessen wird.The invention relates to a beam deflector, in particular for a device for material testing, according to the preambles of claims 1 and 5 and the use of the beam deflector according to the preamble of claim 8. The deflecting surface The shape of the beam deflector is such that a bundle of parallel rays from a radiation source, which has been deflected by the beam deflector, onto a cylinder body at a fixed, constant angle of incidence falls, the angle of incidence relative to the normal on the outer surface of the cylinder body in The point of incidence of the beam is measured.

Die Erfindung betrifft insbesondere einen Ultraschallablenker einer Einrichtung zur Ultraschall-Werkslofiprüfung, der die von einem Ultraschallwandler gesendeten Strahlen reflektiert, um sie auf einen Zyiinderkörper zu werfen und dort Wellen zu erregen; die Wellen breiten sich im Zylinderwerkstoff aus und werden durch Fehler des Zylinderkörpers gebeugt, weshalb die Fehler die Ausbreitung dieser Welle ändern; diese gebeugte Welle wird vom Wandler empfangen, der als Empfänger wirkt, so daß der Ort dieser Fehler ermittelt werden kann.The invention particularly relates to an ultrasonic deflector a device for the ultrasonic factory slip test, which is carried out by an ultrasonic transducer reflected rays sent to throw them onto a cylinder body and to excite waves there; the Waves propagate in the cylinder material and are bent due to defects in the cylinder body, which is why the errors change the propagation of this wave; this diffracted wave is received by the transducer, which is called Receiver acts so that the location of this error can be determined.

Obwohl die bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Strahlablenker das Ablenken von Ultraschallstrahlen in einer Einrichtung zur Ultraschall-Werkstoffprüfung betrifft, kann er ebenso auf das Ablenken jeglicher elektromagnetischer oder Teilchen-Strahlen angewendet werden.Although the preferred application of the beam deflector according to the invention is the deflection of ultrasonic beams in a facility for ultrasonic materials testing, he can also refer to the Deflection of any electromagnetic or particle beam.

Bekanntlich verfolgt die Ultraschallprüfung die Untersuchung von Werkstoffeigenschaften mittels Ultraschallwellen, d. h. mittels Wellen, deren Frequenz oberhalb der Hörgrenze (ca. 16 kHz) liegt. Die Ultraschallprüfung benutzt entweder Geschwindigkeits- oder Dämpfungsmessungen. Die Ultraschall-Werkstoffprüfung wird im allgemeinen vorgenommen, indem Ultraschallwellenzüge durch den Werkstoff geschickt oder Ultraschallschwingungcn im Werkstoff hervorgerufen und davon die Echos infolge der vorhandenen Fehler empfangen werden.As is well known, the ultrasonic test pursues the investigation of material properties by means of Ultrasonic waves, d. H. by means of waves whose frequency is above the audible limit (approx. 16 kHz). The ultrasonic test uses either velocity or damping measurements. Ultrasonic material testing is generally done by sending ultrasonic waves through the material or ultrasonic vibrations in the material and the echoes from them as a result of the existing ones Errors are received.

Ein gegenwärtig übliches Vorgehen für drehzylindrischc Vollrohre besteht darin, zwei Wandler zu verwenden, deren Bewegungen für eine wendeiförmige Untersuchung gekoppelt sind; diese beiden Wandler werden in ein mit Wasser gefülltes Gefäß eingesetzt:A currently common procedure for rotary cylindricalc Solid pipe consists in using two transducers, whose movements are helical for one Investigation are coupled; these two transducers are placed in a vessel filled with water:

Der eine Wandler befindet sich in einer Meridianebene des Rohrs, und seine Achse ist gegen die Normale so geneigt, daß vorzugsweise die Fehler senkrecht zur Rohrachse erfaßt werden; diese Fehler werden im folgenden Transversalfehler genannt, der andere Wandler, der sich in einer Äquatorebene befindet, lallt mit seiner Achss nicht mit der Rohrachse zusammen, so daß er vorzugsweise die Fehler parallel zur Rohrachse (Longitudinalfehler) erfaßt.One transducer is located in a meridian plane of the pipe and its axis is against the normal inclined so that the defects are preferably detected perpendicular to the pipe axis; these errors are discussed below Called transversal error, the other transducer, which is located in an equatorial plane, slurps with his Axis does not coincide with the pipe axis, so that it preferably shows the errors parallel to the pipe axis (longitudinal error) recorded.

Für dünne Rohre oder Platten ist bekanntlich die am besten für die Fehlererfassung geeignete Ausbreitungsmode von Ultraschallwellen die Lamb-Mode. Die Lamb-Moden sind transversale Schwingungsmoden, die sich parallel zu den Werkstoffoberflächen ausbreiten: For thin tubes or plates, it is known that the best mode of propagation of ultrasonic waves for fault detection is the Lamb mode. the Lamb modes are transverse vibration modes that propagate parallel to the material surfaces:

Die ganze Dicke des Werkstoffs wird in Schwingungen versetzt, was eine Fehlererfassung unabhängig von der Tiefe des Fehlerorts erlaubt. Diese transversalen Schwingungsmoden, die bei dünnen Rohren und Platten auftreten und die der geometrischen Konfiguration eigen sind, wo sie erzeugt werden, können jedoch in einem Werkstoff gegebener Dicke und bei einergegebenen Frequenz nur für genau bestimmte Einfallswinkel der erregenden Ultraschallwellen erregt werden. Für ein Zylinderrohr aus rostfreiem Stahl der Dicke 0,5 mm und für eine piezoelektrische Tablette, die Ultraschall der Frequenz 4 MHz abstrahlt, beträgt dann der Einfallswinkel der Erregung von Lamb-Wellen entsprechend der antisymmetrischen Grund-Mode A₀ (die in diesem Fall am besten geeignet ist) 34°. Allein diejenigen Strahlen, die auf das Rohr unter diesem Einfallswinkel treffen, können Lamb-Wellen in diesem Rohr erzeugen; diese Wellen breiten sich unterschiedlich je nach Vorhandensein oder Abwesenheit von Fehlern im Rohr aus, wodurch die Fehler auf diese Weise erfaßt werden können.The entire thickness of the material is made to vibrate, which allows fault detection regardless of the depth of the fault location. These transverse modes of vibration, which occur in thin tubes and plates and which are inherent in the geometric configuration where they are generated, can, however, only be excited in a material of a given thickness and at a given frequency for precisely defined angles of incidence of the exciting ultrasonic waves. For a cylinder tube made of stainless steel with a thickness of 0.5 mm and for a piezoelectric tablet that emits ultrasound at a frequency of 4 MHz, the angle of incidence of the excitation of Lamb waves is then corresponding to the antisymmetric basic mode A ₀ (which in this case is on is most suitable) 34 °. Only those rays that hit the pipe at this angle of incidence can generate Lamb waves in this pipe; these waves propagate differently depending on the presence or absence of defects in the pipe, whereby the defects can be detected in this way.

Der Fehler wird erfaßt, indem das Zeitintervall zwischen der Aussendung eines Wellenzugs und dem Rücklauf der vom Fehler reflektierten Wellen gemessen wird, wobei noch ein zweiter Wandler-Empfänger angeordnet wird, der die von Fehler reflektierten oder gebeugten Wellen aufnimmt.The error is detected by the time interval between the transmission of a wave train and the Return of the waves reflected by the error is measured, with a second transducer-receiver which picks up the waves reflected or diffracted by the fault.

Damit die Lamb-Wellen stark genug sind, muß eine zweite Bedingung zusätzlich zu der ersten Bedingung, die die Neigung der einfallenden Strahlen betrifft, erfüllt werden:In order for the Lamb waves to be strong enough, a second condition must be added to the first condition, concerning the inclination of the incident rays, are met:

Die Anzahl der Lamb-Wellen-Perioden in Phase mit den Longitudinalwellen des einfallenden Bündels muß mindestens gleich 4 oder 5 sein, damit die Lamb-Wellen im Rohr hinreichend stark erzeugt werden. Der Öffnungswinkel des Bündels, in dessen Innern der Einfallswinkel dem Winkel sehr nahe kommt, der der Erzeugung der Lamb-Wellen der gewählten Mode entspricht, muß möglichst groß sein.The number of Lamb wave periods in phase with the longitudinal waves of the incident beam must must be at least equal to 4 or 5, so that the Lamb waves are generated sufficiently strong in the pipe. The opening angle of the bundle, in the interior of which the angle of incidence comes very close to that of the generation which corresponds to the Lamb waves of the selected mode must be as large as possible.

Die Erfüllung dieser beiden Bedingungen ist nicht schwierig für die Erfassung von Transversalfehlern:Satisfying these two conditions is not difficult for the detection of transversal errors:

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß, wenn der Querschnitt der Tablette 4, die den Wandler bildet, durch die Ebene, die durch die Achsen des Rohrs und des Wandler gebildet sind, ein Geradensegment der Länge α mit dem Neigungswinkel Θ zur Mantelfläche des zylindrishen Rohrs ist, die einfallenden Strahlen in dieser Ebene einen konstanten Einfallswinkel Θ haben und die Wellen in PhaseFrom Fig. 1 it can be seen that when the cross section of the tablet 4, which forms the transducer, through the plane formed by the axes of the tube and the transducer, a straight line segment of length α with the angle of inclination Θ to the outer surface of the cylindrical Rohrs, the incident rays in this plane have a constant angle of incidence Θ and the waves are in phase

auf einer Länge des Rohrs gleich ^-r sind; dagegen ist es schwieriger, diese beiden Bedingungen für die Longitudinalfehler zu erfüllen, da es dann notwendig ist, daß die Strahlen, die am Rohr eintreffen und sich in einer Ebene senkrecht zur Rohrachse befinden, einen konstanten Winkel mit dem Kreisbogen, der den Schnittare equal to ^ -r along a length of the tube; against is it is more difficult to meet these two conditions for the longitudinal errors, since it is then necessary that the rays that arrive at the pipe and are in a plane perpendicular to the pipe axis are constant Angle with the circular arc that makes the cut

des Zylinders mit der Ebene darstellt, einschließen.of the cylinder with the plane.

Die ersten Wandler, die für das Erfassen von Longitudinalfehlern in Rohren verwendet wurden, waren plan. In diesem Fall fallt der mittlere Strahl, der von der Mitte des Wandlers ausgeht, auf den Zylinder C unter einem Winkel Θ, während die beiden äußeren Strahlen von den Rändern des Wandlers verschiedene Winkel Θ', Θ" mit der Normalen auf dem Zylinder im Einfallspunkt bilden, wie genauer in der noch zu erläuternden Fig. 2 gezeigt ist. Daher ist der Umfangswinkel, für den die Wellen in Phase sind, sehr klein, und es werden nur wenig Lambwellen erregt.The first transducers used to detect longitudinal flaws in pipes were planar. In this case the central ray, which emanates from the center of the transducer, falls on cylinder C at an angle Θ, while the two outer rays from the edges of the transducer at different angles Θ ', Θ " with the normal on the cylinder at the point of incidence as is shown in more detail in Fig. 2. The circumferential angle for which the waves are in phase is therefore very small, and only a few Lamb waves are excited.

Man hat auch bereits Wandler verwendet, die zylindrischen Tabletten oder Linsen mit kreisförmigen Leitkurven entsprechen. Obwohl ein derartiges System Vorteile gegenüber einem planen Wandler und ohne Linse aufweist, ändert sich der Einfallswinkel der Strahlen in bezug auf die Normale auf dem Zylinder innerhalb des Strahlenbündels.Converters have also already been used, the cylindrical tablets or lenses with circular guide curves correspond. Although such a system has advantages over a plane converter and without a lens the angle of incidence of the rays with respect to the normal on the cylinder changes within the Bundle of rays.

Aus der DE-OS 18 11 873 ist ein Ultraschall-Prüfungssystem zur Feststellung von Fehlerstellen in einem Teststück bekannt. Eine Vielzahl von Ultraschallerzeugern ist auf einem Kreis in der Meridianebene eines zylinderförmigen Werkstücks um dieses herum angebracht. Die von mehreren Erzeugern ausgehenden Ultraschallwellenimpulse treffen in Brennpunkten F₁, F₂, ... auf der Oberfläche des Werkstücks auf.From DE-OS 18 11 873 an ultrasonic testing system for determining defects in a test piece is known. A multiplicity of ultrasound generators are mounted around a circle in the meridian plane of a cylindrical workpiece. The ultrasonic wave impulses emanating from several generators strike at focal points F ₁ , F ₂ , ... on the surface of the workpiece.

Die Randstrahlen eines Bündels von Strahlen, die auf der Oberfläche einen Brennpunkt bilden, schließen einen gewissen Winkel miteinander ein, so daß die Strahlen auch bei dieser Anordnung nicht unter konstantem Winkel auf die Oberfläche des Zylinderkörpers auftreffen.The marginal rays of a bundle of rays that form a focal point on the surface close a certain angle with each other, so that the rays are not under constant even with this arrangement Angle hit the surface of the cylinder body.

Durch die Anordnung der Ultraschallerzeuger auf einem Kreis, der in der Meridianebene des zu untersuchenden Zylinderkörpers liegt, können außerdem nur Transversalfehler erfaßt werden.By arranging the ultrasonic generator on a circle, which is in the meridian plane of the to be examined In addition, only transversal errors can be detected.

Schließlich erlaubt keine der bereits vorhandenen Einrichtungen, Strahlen mit konstantem Einfall entlang einer Wendel oder Schraubenlinie auf einem Zylinder auftreffen zu lassen, insbesondere, um Wellen im Werkstoff entlang derselben Schraubenlinie zu erregen, und zwar einer gebrochenen Schraubenlinie aus mehreren Segmenten gleicher Neigung zu den Erzeugenden eines prismatischen Zylinders oder einer kontinuierlichen Schraubenlinie konstanter Neigung zu den Erzeugenden eines Zylinders mit kreisförmiger Leitkurve. Die Erregung von Wellen auf einer derartigen Schraubenlinie gestattet eine vollständige Erfassung der Fehler, die zu den Erzeugenden des Zylinders unter einem komplementären Winkel zu dem der Schraubenlinie geneigt sind. Die Erfassung entlang einer Schraubenlinie ist besonders zweckmäßig, wenn die Rohre entlang einer Ebene verschweißt sind, die gegen die Erzeugenden der sie bildenden Zylinder geneigt sind, in welchem Fall der Winkel der Schraubenlinie zu den Erzeugenden komplementär zum Winkel der zu denselben Erzeugenden geneigten Ebene gewählt wird.After all, none of the pre-existing facilities allows rays of constant incidence along it a helix or helical line to impinge on a cylinder, in particular to create waves in the material to excite along the same helix, namely a broken helix out of several Segments of equal inclination to the generatrix of a prismatic cylinder or a continuous one Helical line of constant inclination to the generatrix of a cylinder with a circular guide curve. the Excitation of waves on such a helix allows a complete detection of the errors, those to the generatrices of the cylinder at a complementary angle to that of the helix are inclined. The detection along a helical line is particularly useful when the pipes are along are welded in a plane inclined towards the generatrices of the cylinders that form them, in which If the angle of the helix to the generatrix is complementary to the angle of the generatrix to the same inclined plane is chosen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Strahlablenker, insbesondere für eine Einrichtung zur Werkstoffprüfung, und dessen Anwendung anzugeben, der geeignet ist, ein Bündel von Strahlen, die parallel zu den Erzeugenden eines Zylinderkörpers verlaufen, in ein Bündel von Strahlen zu transformieren, die auf der Oberfläche des Zylinderkörpers unter konstantem Einfallswinkel entlang einer Schraubenlinie einfallen. Der erfindungsgemäße Strahlablenker soll insbesondere ermöglichen, den Einfallswinkel von Ultraschallwellen auf die Oberfläche des Zylinderkörpers so zu wühlen, daß auf der Mantelfläche des Zylinderkörpers Lamb Wellen erzeugt werden, die sich zur Materialprüfung mit Ultraschall besonders gut eignen.The object of the invention is to provide a beam deflector, in particular for a device for Material testing, and to indicate its application, which is capable of producing a bundle of rays parallel to the generatrix of a cylindrical body, transforming into a bundle of rays, which run on the The surface of the cylinder body collapses at a constant angle of incidence along a helical line. Of the Beam deflector according to the invention is intended in particular to enable the angle of incidence of ultrasonic waves to dig on the surface of the cylinder body in such a way that that on the outer surface of the cylinder body Lamb waves are generated, which are used for material testing particularly suitable with ultrasound.

Diese Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen der Patentansprüche 1, 5 oder 8 gelöst.This object is achieved with the features of claims 1, 5 or 8 in each case.

Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unleransprüchen zu entnehmen.Refinements of the invention are the unclaimed refer to.

Der Strahlablenker, insbesondere für eine Einrichtung zur Werkstoffprüfung, transformiert ein Bündel F von Strahlen parallel zu den Erzeugenden des Zylinderkörpers mit polygonaler Leitlinie in ein Bündel F' von Strahlen, die auf die Mantelfläche des Zylinderkörpers einfallen und dort Wellen erregen, und zwar entlang einer Schar von gebrochenen Schraubenlinien, die zu einander parallel sind, wobei jede Schraubenlinie durch mehrere Geradesegmente gebildet wird, die paarweise an einer Kante des Zylinderkörpers zusammenlaufen Die Strahlen des Bündels/"' bilden einen Einfallswinkel /, der konstant zur Normalen auf der Mantelfläche des Zylinderkörpers im Einfallspunkt jedes Strahls des Bündels F' auf der Mantelfläche ist. Jedes Segment der Schraubenlinie ist unter einem Winkel β zu einer Ebene senkrecht zu den Erzeugenden des Zylinderkörpers geneigt. Dieser Winkel β wird von einer zur anderen Fläche im Strahlablenkergemäß der Erfindung kon stant genommen, er kann jedoch aufgrund einfacher Abwandlungen auch von einer zur anderen Fläche variieren, obwohl dies wenigstens zur Zeit nicht von Interesse ist. Da der Winkel./? so fest gewählt ist, ist die gebrochene Schraubenlinie, die durch mehrere derartige Segmente gebildet ist, eine Schraubenlinie mit konstanter Ganghöhe. Jedes ebene Strahlablenkerelemcnt M₁ ist einer Fläche P₁ des Zylinderkörpers zugeordnet Die Richtung jedes ebenen Strahlablenkerelemenls M₁ ist durch die Richtung der Normalen ~n, definiert, deren Projektionen auf drei aufeinander senkrechte Richtungen, nämlich eine Erzeugende des Zylinderkörpers, eine Normale auf der Fläche P₁ bzw. eine Achse senkrecht zu den beiden vorhergehenden Projektionen, pro portionalcos a, cosy sin <z bzw. sin ./sin a-sind. Die Winkel j und α sind definiert über die Winkel / und β über die Gleichungen tgj = tg/ cos β und cos 2 α =± sin / sin ß. The beam deflector, in particular for a device for material testing, transforms a bundle F of rays parallel to the generators of the cylinder body with a polygonal guideline into a bundle F ' of rays that strike the outer surface of the cylinder body and cause waves there along a group of broken helical lines that are parallel to each other, each helical line being formed by several straight segments that converge in pairs at an edge of the cylinder body The rays of the bundle / "'form an angle of incidence / that is constant to the normal on the lateral surface of the cylinder body at the point of incidence each beam of the beam F 'on the mantle surface. each segment of the helical line is β at an angle to a plane perpendicular to the generatrices of the cylindrical body inclined. This angle β is taken stant of a kon to the other surface in the Strahlablenkergemäß of the invention, it may but due to simple Ab conversions also vary from one surface to another, although this is of no interest at least for the time being. Since the angle./? is chosen so firmly, the broken helix, which is formed by several such segments, is a helix with a constant pitch. Each planar Strahlablenkerelemcnt M ₁ is a surface P ₁ of the cylinder body associated with the direction of each flat Strahlablenkerelemenls M ₁ n by the direction of the normal ~ defined, whose projections on three mutually perpendicular directions, namely a generatrix of the cylinder body, a normal to the surface P ₁ or an axis perpendicular to the two previous projections, pro portionalcos a, cosy sin <z or sin ./sin a -are. The angles j and α are defined by the angles / and β using the equations tgj = tg / cos β and cos 2 α = ± sin / sin β.

Die Ausrichtung dieser Strahlablenker gestattet, aus einem Bünde] F von Strahlen, die parallel /u den l-.r/eugenden des Zylinderkörpers eintreffen, diese Strahlen in ein Bündel F' umzulenken, das einen konstanten Einfallswinkel auf den Teilmantelfiächen des Zylinderkörpers hat. Damit von einer zur anderen Fläche auf den zusammenlaufenden Segmenten einer gebrochenen Schraubenlinie die Bedingung der Anregung der Lamb-Wellen in Phase erfüllt wird, gehen die beiden planen Strahlablenkerelemente M₁ und M_i+U die den beiden Flächen P₁- und P_/+1 des Zylinderkörpers zugeordnet sind, ineinander durch eine Drehung und eine Translation über. Die Drehung erfolgt um eine Kante des Zylinderkörpers an der Schnittlinie der benachbarten Flächen Pj und P_l+i; der Winkel dieser Drehung ist gleich dem Winkel des Dieders, das durch die Flächen P₁ und P_{1 +} ι gebildet ist, und dieser Drehung wird eine Translation parallel zu den Erzeugenden überlagert, die gleich α sin j tg ar ist, wobei α die Breite der Fläche P₁ bezeichnet Wie noch genauer gezeigt werden wird, wird dadurch erreicht, daß Strahlen, die an dergemeinsamen Kante A_{1 +} ι der beiden Flächen P₁ und P₁ ₊ , einfallen und von zwei aufeinanderfolgenden Strahlablenker!! kommen, die gleiche Phase haben.The alignment of these beam deflectors allows these rays to be deflected from a bundle F of rays that arrive parallel to the ends of the cylinder body into a bundle F ' which has a constant angle of incidence on the partial circumferential surfaces of the cylinder body. So that the condition of the excitation of the Lamb waves in phase is fulfilled from one surface to the other on the converging segments of a broken helix, the two plane beam deflector elements M ₁ and M _{i + U go} over the two surfaces P ₁ - and P _{/ + 1} of the cylinder body are assigned, into each other by a rotation and a translation about. The rotation takes place around an edge of the cylinder body at the intersection of the adjacent surfaces Pj and P _{l + i} ; the angle of this rotation is equal to the angle of the dihedron formed by the surfaces P ₁ and P _{1 +} ι, and a translation parallel to the generatrix is superimposed on this rotation, which is equal to α sin j tg ar, where α is the width of the area P ₁ As indicated in more detail will be shown, is achieved that rays of said common edge A _{1 +} ι the two surfaces P ₁ and P ₊ ₁ are incident and successive two beam deflectors !! come, have the same phase.

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Der Strahlablenker wird dadurch weitergebildet, daß die abgelenkten Strahlen des Bündels F' auf dem Zylinderkörper in einer Richtung senkrecht zu den Erzeugenden auffallen und einen konstanten Winkel / mit der Normalen auf der Mantelfläche des Zylinderkörpers bilden, so daß die Scharen von gebrochenen Schraubenlinien sich auf eine Schar von polygonalen Leitlinien reduzieren, die parallel in einer Äquatorebene liegen, die senkrecht zu den Erzeugenden verläuft. Dies entspricht β = 0 und entsprechend a = f.The beam deflector is further developed in that the deflected rays of the bundle F 'are incident on the cylinder body in a direction perpendicular to the generators and form a constant angle / with the normal on the outer surface of the cylinder body, so that the families of broken helical lines are on a Reduce a family of polygonal guidelines that lie parallel in an equatorial plane that is perpendicular to the generatrix. This corresponds to β = 0 and correspondingly to a = f.

In diesem Fall besteht der Strahlablenker aus mehreren planen Strahlablenkerelementen, deren jeder M, einer Fläche P₁ des Zylinderkörpers zugeordnet ist, wobei der Schnitt jedes dieser Strahlablenkerelemente M, mit einer Ebene senkrecht zu den Erzeugenden des Zylinderkörpers C ein Geradensegment 5, ist. Die Strahlablenkerelemente M₁ sind so angeordnet, daß jedes Segment S, mit der zugeordneten Fläche P₁ ein und denselben Winkel /bildet; außerdem sind zwei dieser Segmente S₁ und S_/+ ι, die zu zwei aufeinanderfolgenden Strahlablenkern M₁ und M_i+ , gehören, äquidistant von der Kante A₁ angeordnet, die sich am Schnitt der beiden Flächen P₁ und P_{1 +} , befindet.In this case, the beam deflector consists of several planar beam deflector elements, each M of which is assigned to a surface P _{1 of} the cylinder body, the intersection of each of these beam deflector elements M with a plane perpendicular to the generatrices of the cylinder body C being a straight line segment 5. The beam deflector elements M ₁ are arranged in such a way that each segment S _{1 forms} one and the same angle / with the associated surface P 1; In addition, two of these segments S ₁ and S _{/ +} ι, which belong to two successive beam deflectors M ₁ and M _{i +} , are arranged equidistant from the edge A ₁ , which is at the intersection of the two surfaces P ₁ and P _{1 +} .

Nach einer anderen Ausgestaltung, bei der der obenAccording to another embodiment in which the above

definierte Winkel β gleich -ζ ist, reduzieren sich diedefined angle β is equal to -ζ , reduce the

Scharen der gebrochenen Schraubenlinien auf Segmente von Erzeugenden. In diesem Fall besteht der Strahlablenker aus mehreren planen Strahlablenkerelemcnlen M₁, deren jedes derjenigen Fläche /",zugeordnet ist, die einen Winkel a = f ± r mit der zugehörigenFlocking of broken helical lines on segments of generatrices. In this case, the beam deflector consists of several planar beam deflector elements M ₁ , each of which is assigned to that surface / ″ which is at an angle a = f ± r with the associated one

Fläche P₁ bildet.
Falls β gleich 0 ist, werden vorzugsweise die Longitu-Forms area P _1.
If β equals 0, the longitu-

dinalfchler erfaßt, während für β gleich r vorzugsweisedinalfchler recorded, while for β equals r preferably

die Fehler mit senkrechter Richtung zur Rohrachse erfaßt werden, d. h. Transversalfehler, indem in den beiden Fällen Wellen mit der Ausbreitungsrichtung senkrecht zur Richtung dieser Fehler erregt werden.the defects are detected with a direction perpendicular to the pipe axis, d. H. Transversal error by adding in the two Cases waves are excited with the direction of propagation perpendicular to the direction of these errors.

In allen diesen Fällen ist es vorteilhaft, daß die Strahlen mit einer konstanten Dichte einfallen, d. h., daß die Intensität der einfallenden Strahlung pro Zylinderflächencinheit konstant sein muß, und zwar unabhängig von der betrachteten Erzeugenden. Der Umstand, daß die Strahlen mit einer konstanten Dichte einfallen, zeigt, daß es keine bevorzugten Polygonflächen oder keinen Winkelsektor gibt, der spezieller durch die Strahlen beleuchtet wird. Tatsächlich ist es für die Erregung von Lamb-Wellen wünschenswert, daß das Niveau der Erregung dieser Wellen, das im Werkstoff durch sich überlagernden Effekt von mehreren Strahlablenkern gebildet wird, die Strahlen auf ein und derselben Schraubenlinie aussenden, ein und denselben Wert unabhängig von der betrachteten Erzeugenden einnimmt Damit können die Fehler im Werkstoff unabhängig von ihrer Winkellage erfaßt werden, d. h. unabhängig von den Erzeugenden, auf denen sich der Fehler befindet. Zu diesem Zweck schneidet im Fall β gleich 0 jede Ebene senkrecht zu den Erzeugenden den Strahlablenker entlang Segmenten S₁, deren Gesamtlänge unabhängig von der gewählten Ebene konstant ist.In all of these cases it is advantageous that the rays incident with a constant density, that is, that the intensity of the incident radiation per cylinder surface unit must be constant, regardless of the generator considered. The fact that the rays are incident at a constant density shows that there are no preferred polygons or an angular sector that is more specifically illuminated by the rays. In fact, it is desirable for the excitation of Lamb waves that the level of excitation of these waves, which is formed in the material by the overlapping effect of several beam deflectors, which emit beams on one and the same helical line, be one and the same value regardless of the one considered Generating assumes This means that the defects in the material can be recorded regardless of their angular position, ie independent of the generators on which the defect is located. For this purpose, if β equals 0, each plane perpendicular to the generators intersects the beam deflector along segments S ₁ , the total length of which is constant regardless of the selected plane.

Falis der Zylinderkörper einen Kreisquerschnitt hat, d. h. eine Drehsymmefrie um die Achse des geraden Zylinders, der den Zylinderkörper bildet, wird der Strahlablenker durch eine kontinuierliche Fläche gebildet, die als Grenzfläche von verschiedenen Ebenen der vorher betrachteten Strahlablenkerelemente betrachtet werden kann, wobei der Grenzwert erhalten wird, wenn man gleichzeitig alle Seiten des Polygons, das die Leitlinie bildet, gegen Null gehen läßt, jedoch den Umfang konstant hält, d. h. die Anzahl der Seiten gegen Unendlich gehen läßt. Die ebenen Strahlablenker, die jedem infinitesimalen Element zugeordnet sind, umhüllen also eine Fläche, für die in Polarkoordinaten gilt:If the cylinder body has a circular cross-section, d. H. a rotational symmetry around the axis of the straight cylinder that forms the cylinder body becomes the Beam deflector formed by a continuous surface that acts as the interface of different planes of the previously considered beam deflector elements can be considered, the limit value being obtained if at the same time all sides of the polygon that forms the guideline are allowed to approach zero, but the perimeter keeps constant, d. H. lets the number of pages go to infinity. The plane beam deflectors that everyone are assigned to an infinitesimal element, thus enveloping an area for which the following applies in polar coordinates:

ζ cotg a = Vp² - R* sin^Jj + R sin j ■ Θ. ζ cotg a = Vp ² - R * sin ^J j + R sin j ■ Θ.

Diese Grenzfläche kann als aus unendlich viel Geraden zusammengesetzt gedacht werden, d. h. als Grenzwert der oben betrachteten planen Strahlablenkerelemente, wenn die Anzahl dieser Strahlablenkerelemente gegen Unendlich geht. Der Übergang zum Grenzwert zeigt, daß die Mantelfläche S regelmäßig und abwickelbar ist, was vorteilhaft ist, weil sie leicht durch Fräsen erzeugt werden kann. Wie bereits vorher sind die Winkel α undy mit den Winkeln / und β durch die Gleichungen ig j = tg/cosjß und cos 2 α = ± sin/sin./? verknüpft. Die Achse Oz fällt mit der Achse des Zylinderkörpers zusammen.This interface can be thought of as being composed of an infinite number of straight lines, ie as the limit value of the plane beam deflector elements considered above, if the number of these beam deflector elements approaches infinity. The transition to the limit value shows that the lateral surface S is regular and can be developed, which is advantageous because it can easily be produced by milling. As before, the angles α and y with the angles / and β are given by the equations ig j = tg / cosjß and cos 2 α = ± sin / sin. /? connected. The axis Oz coincides with the axis of the cylinder body.

Wie bei einer vorhergehenden Ausführung, wenn die Strahlen des Bündels F' in einer Äquatorebene, d. h. in einer Ebene senkrecht zur Zylinderachse, enthalten sein sollen, ist der oben definierte Winkel β Null und werden die Schraubenlinien durch Führungskreise ersetzt. Die Fläche des Strahlablenker kann dann durch folgende Gleichung in Polarkoordinaten um die Achse Oz ausgedrückt werden:As in a previous embodiment, if the rays of the bundle F 'are to be contained in an equatorial plane, ie in a plane perpendicular to the cylinder axis, the angle β defined above is zero and the helical lines are replaced by guide circles. The area of the beam deflector can then be expressed in polar coordinates around the axis Oz by the following equation:

ζ = Vp² - R' sin'i + R sin / · Θ. ζ = Vp ² - R 'sin'i + R sin / · Θ.

Bei dieser Ausführung ist ein Schnitt des Strahlablenker mit irgendeiner Horizontalebene einer Evolvente eines Kreises konstanter Länge.In this embodiment there is a section of the beam deflector with any horizontal plane of an involute of a circle of constant length.

Zur Impedanzanpassung ist es zweckmäßig, zwischen dem Wandler und der zu prüfenden Oberfläche eine Koppelflüssigkeit, z. B. Wasser, anzuordnen. Außerdem kann zur Erregung von Lamb-Wellen, insbesondere in Zylindern geringer Dicke, der Wandler gleichzeitig mit dem Strahlablenker innerhalb oder außerhalb des Zylinders angeordnet werden. Falls der Reflektor und der Wandler außerhalb des Volumens angeordnet sind, das durch die Zylinderaußenfläche begrenzt ist, ist der Wandler ein ringförmiger Wandler mit derselben Achse wie der Zylinder. Es versteht sich, daß die planen Strahlablenkerelemente so gerichtet sein müssen, wie durch die obigen Formeln angegeben ist, und daß die Form der Fläche der Strahlablenker sich möglichst genau der in Polarkoordinaten ausgedrückten Formel nähert, wobei die Strahlablenker unter den Bedingungen der Praxis gefertigt werden müssen, weshalb notwendigerweise geringe Abweichungen zwischen den idealen geometrischen Formen und den praktischen Realisierungen auftreten.To match the impedance, it is useful to place a Coupling fluid, e.g. B. water to be arranged. In addition, to excite Lamb waves, especially in Cylinders of small thickness, the transducer simultaneously with the beam deflector inside or outside the Cylinder can be arranged. If the reflector and the transducer are arranged outside the volume, which is limited by the cylinder outer surface, the transducer is an annular transducer with the same axis like the cylinder. It will be understood that the planar beam deflector elements must be directed as through the above formulas is given, and that the shape of the surface of the beam deflector is as exactly as possible approximates the formula expressed in polar coordinates, the beam deflector under the conditions of the Practice must be manufactured, which is why necessarily small deviations between the ideal geometric Forms and the practical realizations occur.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtEmbodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing. It shows

Fig. 1 einen planen Wandler, der eine Oberfläche unter einem Winkel entsprechend der Erregung der Lamb-Wellen bestrahlt;Fig. 1 shows a planar transducer, the surface at an angle corresponding to the excitation of the Irradiated Lamb waves;

Fig. 2 die Änderung des Bestrahlungswinkels für einen planen Wandler, der ein Parallelstrahlen-Bündel auf einen Kreis abgibt;2 shows the change in the irradiation angle for a planar transducer which has a parallel beam delivers on a circle;

Fi g. 3 die Änderung derNeigung der Strahlen, die auf einem Kreis eintreffen, wobei die Strahlen durch eine Tablette oder eine Linse mit kreisförmiger LeitkurveFi g. 3 the change in the inclination of the rays arriving on a circle, the rays passing through a Tablet or lens with a circular trajectory

fokussiert sind;are focused;

Fi g. 4 die geometrischen Parameter, die mit dem Verlauf der Strahlen verknüpft sind, die auf einer gebrochenen Schraubenlinie auf einem prismatischen Zylinderkörper einfallen, wobei diese geometrischen Parameter den Ort der planen Strahlablenkerelemente definieren;Fi g. 4 the geometric parameters associated with the course of the rays that are on a refracted Helical line collapse on a prismatic cylinder body, these geometric parameters define the location of the planar beam deflector elements;

Fig. 5a und 5b einen Strahlablenker aus mehreren planen Strahlablenkerelementen zum Ablenken eines Bündels F von Strahlen parallel zu den Erzeugenden ;eines geraden Zylinders mit regelmäßiger hexagonaler Grundfläche in ein Bündel F' von Strahlen mit konstantem Einfallswinkel;5a and 5b show a beam deflector made up of several plane beam deflector elements for deflecting a bundle F of rays parallel to the generators, a straight cylinder with a regular hexagonal base into a bundle F ' of rays with a constant angle of incidence;

Fig. 6 einen Strahlablenker aus sechs planen Strahlablenkerelementen zum Ablenken eines Bündels F von Strahlen parallel zu den Erzeugenden eines geraden Zylinders mit regelmäßiger hexagonaler Grundfläche in ein Bündel F' von Strahlen konstanten Einfallswinkeis auf einer Erzeugenden dieses Zylinders;6 shows a beam deflector comprising six plane beam deflector elements for deflecting a bundle F of rays parallel to the generatrix of a straight cylinder with a regular hexagonal base into a bundle F ' of rays of constant angle of incidence on a generatrix of this cylinder;

Fi g. 7 die geometrischen Parameter, die mit dem Verlauf der Strahlen verknüpft sind, die auf einer kontinuierlichen Schraubenlinie auf einem Zylinderkörper mit kreisförmiger Leitkurve einfallen, wobei diese Parameter die Geometrie der den Strahlablenker bildenden Oberfläche definieren;Fi g. 7 the geometric parameters associated with the course of rays are linked, which are on a continuous helical line on a cylinder body with a circular guide curve, these parameters being the geometry of the beam deflector forming Define surface;

Fig. 8 einen Schraubenlinien-Strahlablenker zum Ablenken eines Bündels F von Strahlen parallel zu den Erzeugenden eines Zylinders mit kreisförmiger Leitkurve in ein Bündel F' von Strahlen in einer Äquatorebene und mit konstantem Einfall auf eine Leitkurve des Zylinders;8 shows a helical beam deflector for deflecting a bundle F of rays parallel to the generatrices of a cylinder with a circular guide curve into a bundle F ' of rays in an equatorial plane and with constant incidence on a guide curve of the cylinder;

Fig. 9 eine gesamte Anordnung von Schraubenlinien-Strahlablenker, Wandler und Zylinder, wobei sich der Wandler und der Strahlablenker innerhalb des Zylinders befinden; und9 shows an entire arrangement of helical beam deflector, transducer and cylinder, wherein the transducer and the beam deflector are within the cylinder; and

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht eines Schraubenlinien-Strahlablenkers, der durch Fräsen von Vollmaterial gefertigt ist.10 is a perspective view of a helical beam deflector; which is made by milling solid material.

Fig. 1 zeigt schematisch eine bereits vorhandene Einrichtung zur Erzeugung von Lamb-Wellen in einer Platte 2. Ein Wandler 4 mit einem Durchmesser a hat eine Neigung Θ gegenüber einer Ebene, die durch die Oberseite der Platte 2 gebildet ist. Er gibt ein Bündel von Parallelstrahlen ab, wobei die Wellenlänge A, beträgt. Die Strahlen des Wellenbündels bilden einen Winkel Θ mit der Normalen auf der Oberfläche der Platte 2. Die Lamb-Wellen in Phase mit den einfallenden Wellen der Wellenlänge Λ, sind diejenigen, für die gilt A; = //sin Θ; schematisch ist eine Lamb-Welle 6 dargestellt. Bei dieser Einrichtung werden die Lamb-Wellen in Phase auf einer Länge gleich a/cos Θ erregt.1 shows schematically an existing device for generating Lamb waves in a plate 2. A transducer 4 with a diameter a has an inclination Θ with respect to a plane which is formed by the upper side of the plate 2. It emits a bundle of parallel rays, the wavelength being A. The rays of the wave bundle form an angle Θ with the normal on the surface of the plate 2. The Lamb waves in phase with the incident waves of wavelength Λ are those for which A; = // sin Θ; a Lamb wave 6 is shown schematically. With this device, the Lamb waves are excited in phase over a length equal to a / cos Θ.

In Fig. 2 ist ein Wandler 4 abgebildet, derein Bündel von Parallelstrahlen abstrahlt, die von einem dünnwandigen Rohr empfangen werden, dessen Außenfläche als Querschnitt einen Kreis C mit dem Radius R und dem Mittelpunkt O hat. Es ist ersichtlich, daß ein Strahl S von der Unterkante des Wandlers 4 auf dem Kreis unter einem Winkel Θ' eintrifft, der beträchtlich niedriger als der Winkel Θ ist, der einem Strahl 7 von der Mitte des Wandlers entspricht, während ein Strahl 9von derOberkante des Wandlers 4 auf dem Kreis unter einem Neigungswinkel Θ" einfallt, der seinerseits beträchtlich größer als 0 ist. Bei dieser Ausführung wird ein größerer Teil des vom Wandler abgestrahlten Bündels nicht ausgenutzt, um die Lamb-Wellen im Zylinder zu erregen; mit anderen Worten, die Kopplung zwischen dem Wandler und dem Medium, das durch das Rohr mit dem Querschnitt C gebildet ist, ist schlechtIn Fig. 2 a transducer 4 is shown which emits a bundle of parallel rays which are received by a thin-walled tube, the outer surface of which has a circle C with the radius R and the center O as a cross-section. It can be seen that a ray S from the lower edge of the transducer 4 arrives on the circle at an angle Θ ' which is considerably lower than the angle Θ which corresponds to a ray 7 from the center of the transducer, while a ray 9 from the upper edge of the Transducer 4 incident on the circle at an inclination angle Θ " which in turn is considerably greater than 0. In this embodiment, a larger part of the beam emitted by the transducer is not used to excite the Lamb waves in the cylinder; in other words, the Coupling between the transducer and the medium formed by the pipe with the cross section C is poor

In Fig. 3 ist eine Einrichtung zum Fokussieren von Wellen auf einem Zylinder mit kreisförmigem Querschnitt C gezeigt, die dazu dient, die Änderungen der Neigung der auf der Mantelfläche des Zylinders auffallenden Strahlen zu verringern. Die Fokussiercinrichtung hat eine zylindrische Tablette oder Linse Λ mit Kreisquerschnitt, deren Brennlinie durch einen Punkt N verläuft und parallel zur Achse des Zylinders mit dem Querschnitt C ist. Ein Winkel α ist der halbe Öffnungswinkel am Scheitel des Bündels, das im Punkt jV konvergiert. Die Strahlen von den Enden der Linse L schneiden den Kreis C in A und B. Die Punkte A, B, N und O liegen auf einem Kreis. Da der Brennpunkt N des Bündels auf dem durch den Mittelpunkt O des Rohrs definierten Kreis liegt und die Einfallspunkte A und B ganz außen liegen, sind die Einfallswinkel bei A und Bgleich Θ ~ ε. Der Einfallswinkel ist bei dieser bereits vorhandenen Einrichtung nicht konstant. Je größer der Kreisbogen AB ist, um die Länge der Erregung der Lamb-Wellen auf dem Zylindermantel (zweite Bedingung) zu erhöhen, um so größer ist die Änderung des Einfallswinkels, was den Forderungen nach der ersten Bedingung für die Erregung von Lamb-Wellen widerspricht. In Fig. 4 sind die geometrischen Parameter gezeigt, die den Strahlablenker definieren. Eine Fläche P₁ des Zylinderkörpers C enthält Achsen Ox und Oz, wobei Oz entlang der Kante A₁₊₁ der Fläche P₁ verläuft. Die Fläche P₁ ist eine Fläche des prismatischen Zylinderkörpers C mit polygonaler Leitkurve. Die Ebene xOy steht senkrecht auf den Erzeugenden des Zylinderkörpers C und auf den Kanten wie Oz. Es ist erwünscht, Wellen gemäß einer Schar von gebrochenen Schraubenlinien der Neigung β zur Ebene senkrecht auf den Erzeugenden, d. h. der Ebene xOy, zu erregen; diese Schraubenlinien werden durch mehrere aneinanderstoßende Segmente gebildet, von denen ein Segment TV in Fig. 4 abgebildet ist. Das Bündel F von Parallelstrahlen von einem (nicht gezeigten) Wandler besteht aus Strahlen parallel zu den Erzeugenden des Zylinderkörpers C, von denen ein Strahl PM abgebildet ist. Ein Punkt M ist der Punkt des Strahlablenker, aridem der Strahl PM in den Strahl MA reflektiert wird. /T ist die Normale auf der Oberfläche des Strahlablenker im Punkt M, während Winkel orden Einfalls- und Reflexionswinkel auf demselben Strahlablenker angeben. Der Strahl MA bildet einen konstanten Winkel /mit der Normalen n] auf der Fläche P₁ im Punkt A entlang dem Segment TV. Der Punkt N ist die Projektion des Punkts M auf die Ebene xOy, ebenso ist der Punkt B die Projektion des Punkts A auf dieselbe Ebene. Das Segment KMJ stellt den Schnitt durch eine horizontale Ebene parallel zur Ebene xOy dar, und zwar durch den Punkt M des Strahlablenkers M₁, der der Fläche P₁ zugeordnet ist, verlaufend. Dieser Schnitt KMJ projiziert sich auf K 'NJ' auf der Ebene xOy. Ein Punkt E ist die Projektion des Punkts M auf die Normale /Tj auf der Zylindermantelfläche im Punkt A. Elementare geometrische Überlegungen zeigen, daß Winkel mit denselben Bezugszeichen wie i,j,ß, α gleich groß sind, zum Beispiel ist der Winkel / zwischen K¹NJ' und der Achse Ox gleich j, weil er gleich einem spitzen Winkel an der Seite scnk-In Fig. 3 a device for focusing waves on a cylinder with circular cross-section C is shown, which is used to reduce the changes in the inclination of the rays incident on the surface of the cylinder. The focusing device has a cylindrical tablet or lens Λ with a circular cross-section, the focal line of which runs through a point N and is parallel to the axis of the cylinder with the cross-section C. An angle α is half the opening angle at the vertex of the bundle which converges at point jV. The rays from the ends of lens L intersect circle C at A and B. Points A, B, N and O lie on a circle. Since the focal point N of the bundle lies on the circle defined by the center O of the tube and the points of incidence A and B are on the outside, the angles of incidence at A and B are Θ ~ ε. The angle of incidence is not constant in this already existing device. The larger the arc AB , in order to increase the length of the excitation of the Lamb waves on the cylinder jacket (second condition), the greater the change in the angle of incidence, which contradicts the requirements of the first condition for the excitation of Lamb waves . 4 shows the geometrical parameters which define the beam deflector. A surface P _{1 of} the cylinder body C contains axes Ox and Oz, Oz running along the edge A _{1 + 1 of} the surface P ₁ . The area P ₁ is a surface of the prismatic cylinder body C with a polygonal guide curve. The plane xOy is perpendicular to the generatrix of the cylindrical body C and on the edges like Oz. It is desirable to excite waves according to a family of broken helical lines of inclination β to the plane perpendicular to the generatrix, ie the plane xOy; these helical lines are formed by several abutting segments, one of which segment TV is shown in FIG. The bundle F of parallel rays from a transducer (not shown) consists of rays parallel to the generatrices of the cylindrical body C, of which a ray PM is imaged. A point M is the point of the beam deflector at which the beam PM is reflected into the beam MA. / T is the normal on the surface of the beam deflector at point M, while angles or denotes the angles of incidence and reflection on the same beam deflector. The ray MA forms a constant angle / with the normal n] on the surface P ₁ at point A along the segment TV. The point N is the projection of the point M onto the plane xOy, likewise the point B is the projection of the point A onto the same plane. The segment KMJ represents the section through a horizontal plane parallel to the plane xOy , namely through the point M of the beam deflector M ₁ , which is assigned to the area P ₁ . This section KMJ projects onto K 'NJ' on the plane xOy. A point E is the projection of the point M onto the normal / Tj on the cylindrical surface at point A. Elementary geometrical considerations show that angles with the same reference numerals as i, j, β, α are equal, for example the angle / is between K ¹ NJ ' and the axis Ox is equal to j, because it is equal to an acute angle on the side.

recht zum Winkel NBB' ist (BB' ist die Normale im Punkt B auf der Achse Ox). Die Geometrie- der Dreiecke AMC, AME, AEC und MCE ist so, daß die Winkel IJ, a undjS durch die folgenden Gleichungen verknüpft sind: tgj = tg / cos β und cos 2 a = + sin β - sin /. Aus F i g. 4 1st leicht ersichtlich, daß der Winkel j zwischen der Fläche F₁ und dem Schnitt KMJ des Strahlablenkeris right to the angle NBB ' (BB' is the normal at point B on the axis Ox). The geometry of the triangles AMC, AME, AEC and MCE is such that the angles IJ, a and jS are related by the following equations: tgj = tg / cos β and cos 2 a = + sin β - sin /. From Fig. 4 It can easily be seen that the angle j between the surface F ₁ and the section KMJ of the beam deflector

durch eine Ebene senkrecht zu den Erzeugenden ein vorgegebener konstanter Winkel in Abhängigkeit von i und β gemäß einer der vorhergehenden Formeln ist. Es wäre auch möglich, dieselbe plane Fläche M-, des Strahlablenker durch einen anderen seiner Schnitte zu definieren, z. B. den Schnitt WMZ des Strahlablenker mit der Einfallsebene der Strahlen auf den Strahlablenker, d. h. die Ebene, die durch die Gerade PM und die Normale ή auf dem Strahlablenker definiert ist. Es ist ferner ohne weiteres erkennbar, daß der Winkel des Schnitts WMZ mit der so definierten Einfallsebene einen Winkel (- f - a) mit der Achse Oz einschließt, d. h. mit derthrough a plane perpendicular to the generatrix is a predetermined constant angle as a function of i and β according to one of the preceding formulas. It would also be possible to define the same plane surface M- of the beam deflector by another of its cuts, e.g. B. the section WMZ of the beam deflector with the plane of incidence of the rays on the beam deflector, ie the plane which is defined by the straight line PM and the normal ή on the beam deflector. It is also readily apparent that the angle of the section WMZ with the plane of incidence defined in this way encloses an angle (- f - a ) with the axis Oz , ie with the

Richtung der Erzeugenden des Zylinderkörpers. Elementare eeometrische Rechnungen zeigen, daß die Normale η auf dem Strahlablenker im Punkt M als Richtungs-Cosinuswerte entlang den drei Achsen Ox, Oy und Oz hat: sin asiny, sin «cosy, cos a; da die Winkel i und /; bekannt sind, berechnet sich der Wert von a durch die Gleichung |cos 2 a\= sin./? sin /und der Wert von / durch die Gleichung tgy = tg / cos^. Die drei Richlungs-Cosinuswerte der Normalen η sind also genau bekannt, so daß die Neigung der Strahlablenkerebenc durch den Punkt M genau festgelegt ist. Es wird ferner ersichtlich werden, daß, da die Neigung der Strahlabienkerelementebene bestimmt ist, seine Lage ebenfalls festliegt, indem die Bedingung erfüllt wird, damit die einfallenden Strahlen von zwei aufeinanderfolgenden Strahlablenkerelementen an ein und demselben Punkt einer Kante wie Oz in Phase sind. Der Spiegel M₁, ι geht aus dem Spiegel M₁ durch ein Drehung um eine Achse parallel zu den Erzeugenden um einen Winkel gleich dem eines Dieders hervor, der durch die Flächen P₁ und P₁₊ , gebildet ist, unter anschließender Vektortranslation parallel zu Oz und mit einem Wert von OT sin j ig α. Die Drehachse, wobei die Drehung die Kante A₁ mit der Kante A_{1 + x} zusammenfallen läßt, ist in der äquidistanten Ebene der Kanten A₁ und A_i+ , enthalten.Direction of the generatrix of the cylinder body. Elementary eeometric calculations show that the normal η on the beam deflector at point M has as directional cosine values along the three axes Ox, Oy and Oz : sin asiny, sin «cosy, cos a; since the angles i and /; are known, the value of a is calculated using the equation | cos 2 a \ = sin./? sin / and the value of / by the equation tgy = tg / cos ^. The three direction cosine values of the normal η are therefore precisely known, so that the inclination of the beam deflector plane through the point M is precisely defined. It will also be seen that since the inclination of the beam deflector plane is determined, its location is also fixed by satisfying the condition that the incident beams from two successive beam deflector elements are in phase at the same point on an edge such as Oz. The mirror M ₁ , ι emerges from the mirror M ₁ by rotating about an axis parallel to the generatrix by an angle equal to that of a dihedron formed by the surfaces P ₁ and P ₁₊ , with subsequent vector translation parallel to Oz and with a value of OT sin j ig α. The axis of rotation, the rotation causing the edge A _{1 to} coincide with the edge A _{1 + x} , is contained in the equidistant plane of the edges A ₁ and A _{i +} .

In den Fig. 5a und 5b ist ein Strahlablenker abgebildet, der zu einem prismatischen Zylinderkörper C mit regelmäßiger hexagonaler Leitkurve gehört. Die Fig. 5a und 5b entsprechen dem Sonderfall, daß die Strahlen wie 24, die vom Strahlablenker abgelenkt werden, in einer Ebene senkrecht zu den Erzeugenden des Zylinderkörpers C liegen. In Fig. 5b sind der Strahlablenker und der Zylinderkörper C zur besseren Darstellung in Höhenrichtung gegeneinander verschoben. Der Strahlablenker hat mehrere Strahlablenkerelemente D_x, D₂, D₁, D₄, D₅, D,„ D₇ und D₈. Es seien die Strahlen des Bündels F betrachtet, die auf die Strahlablenker-Abschnitte C|, S₃; B₁, A₁; A₁, F₂ fallen und die von der Oberfläche dieser Strahlablenker in einer Äquatorebene in ein Bündel F' reflektiert werden. Die Strahlen des Bündels F', die in einer Äquatorebene enthalten sind, also Strahlen wie 26, bilden einen Winkel / mit der Fläche, die dem Zylinderkörper zugeordnet ist, wie die Figur zeigt. Es kann verifiziert werden, daß das Segment A₂ B\, der Schnitt des Wandlers D₂ mit einer Äquatorebene des Zylinders, einen Winkel / mit der zugehörigen Fläche des Zylinderkörpers C bildet, wobei der Winkel / den Winkel zwischen den Verlängerungen der Segmente A₀ Bi₁ und A₂ B\ darstellt. Die Strahlablenker-Elemente D_x, D₁ usw. sind durch Ebenen wie 30,32 usw. gebildet, die zwar nicht unbedingt notwendig für einen wirksamen Betrieb des Strahlablenker sind, jedoch leicht durch Falzen eines den Strahlablenker darstellenden Bands aufeiner bearbeiteten Form erhalten werden, wo die die Strahlablenkerebenen D), D₂ usw. bildenden Ebenen genau ausgerichtet sind. Die Strahlen des Bündels F, die auf den Segmenten QB₂; B_xA₂; A_xF₂ eintreffen, werden in einer Äquatorebene auf dem Zylinderkörper C umgelenkt und erregen Wellen entlang den Segmenten C_oß_o» B₀A₀, A₀F₀. Die Kante durch A₀ ist äquidistant von den Punkten A\ und A₂, so daß die in A₀ durch die beiden Strahlablenkerelemente D_x und D₂ erregten Wellen in Phase sind. Ähnlich sind die Längen B₀B_x und B₀B₂ gleich, so daß die Wellen in Phase im Punkt B₀ durch die beiden Strahlablenker D₂ und D₃ erregt werden. Dieses Phänomen gilt allgemein; der Unterschied im Verlauf zwischen zwei Strahlen, die in zwei beliebigen Punkten auf der Mantelfläche des Zylinderkörpers C einfallen, entspricht genau der Phasendifferenz der im Material erzeugten Wellen zwischen den beiden Punkten, wo die Strahlen auf das Rohr treffen, so daß die Wellen tatsächlich in Phase durch alle Strahlen erregt werden, die vom Wandler kommen und durch die Strahlablenkerelemente abgelenkt werden.In FIGS. 5a and 5b, a beam deflector is shown which belongs to a prismatic cylinder body C with a regular hexagonal guide curve. 5a and 5b correspond to the special case that the rays such as 24, which are deflected by the beam deflector, lie in a plane perpendicular to the generatrices of the cylinder body C. In FIG. 5b, the beam deflector and the cylinder body C are shifted relative to one another in the height direction for better illustration. The beam deflector has several beam deflector elements D _x , D ₂ , D ₁ , D ₄ , D ₅ , D, “D ₇ and D ₈ . Consider the rays of the bundle F which hit the beam deflector sections C |, S ₃ ; B ₁ , A ₁ ; A ₁ , F ₂ fall and are reflected by the surface of these beam deflectors in an equatorial plane in a bundle F '. The rays of the bundle F ' which are contained in an equatorial plane, that is to say rays like 26, form an angle / with the surface which is assigned to the cylinder body, as the figure shows. It can be verified that the segment A ₂ B \, the intersection of the transducer D ₂ with an equatorial plane of the cylinder, forms an angle / with the associated surface of the cylinder body C, the angle / the angle between the extensions of the segments A ₀ Bi ₁ and A ₂ B \ represents. The beam deflector elements D _x , D ₁ , etc. are formed by planes such as 30, 32, etc. which, although not strictly necessary for the effective operation of the beam deflector, are easily obtained by folding a band constituting the beam deflector on a machined shape, where the planes forming the beam deflector planes D), D ₂ etc. are precisely aligned. The rays of the bundle F, which on the segments QB ₂ ; B _x A ₂ ; A _x F ₂ arrive, are deflected in an equatorial plane on the cylinder body C and excite waves along the segments C _o ß _o » B ₀ A ₀ , A ₀ F ₀ . The edge through A ₀ is equidistant from points A 1 and A ₂ , so that the waves excited in A ₀ by the two beam deflector elements D _x and D _{2 are} in phase. Similarly, the lengths B ₀ B _x and B ₀ B _{2 are} equal so that the waves are excited in phase at point B ₀ by the two beam deflectors D ₂ and D _3. This phenomenon is general; the difference in the course between two rays that fall at any two points on the surface of the cylinder body C corresponds exactly to the phase difference of the waves generated in the material between the two points where the rays hit the pipe, so that the waves are actually in phase are excited by all rays coming from the transducer and being deflected by the beam deflector elements.

Es soll jetzt gezeigt werden, daß die an jedem Punkt des Gegenstandes erregten Wellen denselben Erregungswert haben. Die in F₀ erregten Wellen sind zurückzuführen auf die Überlagerung der Strahlen, die auf den Segmenten C₀B₀, BaA₀ und A₀F₀ einfallen. Die auf diese drei Segmente geschickten Strahlen stammen von Strahlen des Bündels F, die durch die Strahlablenkersegmente C_xB₂, B_xA₂ und A_xF₂ abgelenkt werden. Das Niveau der Erregung der Lamb-Welle im Punkt F₀ ist damit proportional der Gesamtlänge der Segmente C_xB₂, B_xA₂ und A_xF₂, also gleich 3-/3a/2. Der Strahlablenker wird so gewählt, daß die Gesamtlänge der Schnitte der Strahlablenkerelemente mit allen Ebenen senkrecht zu den Erzeugenden der verschiedenen Strahlablenkerelemente konstant ist. Daher entspricht das Erregungsniveau in jedem Punkt der Leitkurve A₀B₀ C₀D₀ E₀F₀ Erregungen von Strahlablenkersegmenten mit konstanter Gesamtlänge, so daß das Erregungsniveau konstant ist. Im Fall der Fig. 5a und 5b wird der Winkel i 30° und wird der Strahlablenker benutzt, um Longitudinalfehler, d. h. Fehler parallel zur Achse des Zylinderkörpers C, zu beobachten. Im oberen Teil von Fig. 5b ist der Wandler T in Strichpunktlinie dargestellt, von diesem Wandler T geht ein Strahlenbündel F aus. Die Schnitte der Strahlablenkelemente D_x, D₂ usw. mit einer Äquatorebene sind so versetzt, daß die Wege zwischen einer gegebenen Kante und den beiden Teilflächen oder Facetten, die sie bestrahlen, aus Gründen der Kontinuität der Phasen von einer Fläche zur anderen gleich sind. Die Ganghöhe der Pseudo-Schraubenlinien, die durch die verschiedenen Strahlablenkerelemente D], D₂, ... Df, gebildet ist, ist gleich 6 α sin /, wobei a, wie Fig. 5a zeigt, die Breite einer der Seiten des Hexagons, das einen Schnitt des Zylinderkörpers CIt shall now be shown that the waves excited at every point of the object have the same excitation value. The waves excited in F ₀ can be traced back to the superposition of the rays which are incident on the segments C ₀ B ₀ , BaA ₀ and A ₀ F _0. The rays sent onto these three segments originate from rays of the bundle F which are deflected by the beam deflector segments C _x B ₂ , B _x A ₂ and A _x F _2. The level of excitation of the Lamb wave at the point F ₀ is thus proportional to the Total length segments de r C _x B _2, B _x A ₂ and A _x F _2, that is equal to 3/3 a / 2. The beam deflector is chosen so that the total length of the sections of the beam deflector elements with all planes perpendicular to the generators of the various beam deflector elements is constant. Therefore, the excitation level at each point of the guide curve corresponds to A ₀ B ₀ C ₀ D ₀ E ₀ F ₀ excitations of beam deflector segments with constant overall length, so that the excitation level is constant. In the case of FIGS. 5a and 5b, the angle i becomes 30 ° and the beam deflector is used in order to observe longitudinal errors, that is to say errors parallel to the axis of the cylinder body C. In the upper part of FIG. 5b, the transducer T is shown in dash-dotted lines; a beam F emanates from this transducer T. The intersections of the beam deflecting elements D _x , D ₂ etc. with an equatorial plane are offset so that the paths between a given edge and the two partial surfaces or facets which they irradiate are the same for the sake of continuity of the phases from one surface to the other. The pitch of the pseudo helical lines formed by the various beam deflector elements D], D ₂ , ... Df, is equal to 6 α sin /, where a, as FIG. 5a shows, is the width of one of the sides of the hexagon, this is a section of the cylinder body C.

mit einer Äquatorebene bildet, ist. Es kann gezeigt werden, daß zwei aufeinanderfolgende beliebige Strahlablenkerelemente wie z. B. D_x und D₂ auseinander hervorgehen durch Drehen um 60° um die durch O gehende Achse des hexagonalen Zylinders und anschließende Translation parallel zu den Erzeugenden mit dem Wert α sin /. Es werden so alle Strahlablenkerelemente erhalten, d. h. die Ganghöhe der betrachteten Schraubenlinie nach einer Translation um 6a sin /", die Ganghöhe der Schraubenlinie.forms with an equatorial plane is. It can be shown that any two consecutive beam deflector elements such. B. D _x and D ₂ emerge from each other by rotating by 60 ° around the axis of the hexagonal cylinder passing through O and then translating parallel to the generators with the value α sin /. All beam deflector elements are obtained in this way, ie the pitch of the helical line under consideration after a translation by 6a sin / ″, the pitch of the helical line.

Es versteht sich, daß der Wandler T und der Strahlablenker im allgemeinen ortsfest sind und daß es möglich ist, kontinuierlich das Zylinderstück C zu überprüfen, indem es entlang seiner Achse im Innern der orts-It goes without saying that the transducer T and the beam deflector are generally stationary and that it is possible to continuously check the cylinder piece C by moving it along its axis in the interior of the

festen Einheit von Wandler und Strahlablenkung eine Translation erfährt. Ebenso kanu-ein Rohrvon prismatischem Querschnitt auf seiner ganzen Mantelfläche geprüft werden, inder.. der Wandler T als Sender-Empfänger arbeitet und das Rohr eine Translation erfahrt.fixed unit of transducer and beam deflection experiences a translation. Likewise, a tube with a prismatic cross-section can be tested over its entire outer surface, in which .. the transducer T works as a transmitter-receiver and the tube experiences a translation.

In Fig. 6 ist in Strahlablenker abgebildet, der dazu dient, die Transversalfehler in einem Zylinderstück C mit regelmäßigem hexagonalem Querschnitt zu erfassen. Ein Strahlenbündel /"von einem Wandler T wird an Eiern enten wi e P, und P₂ des Strahlablenkers reflektiert, ;o um unter einem konstanten Einfallswinkel /, 30° im vorliegenden Ausfiihrungsbeispiel, auf die Mantelfläche des Zylinderkörpers C einzufallen. Die Strahlen des Strahlenbündels F' sind in Phase entlang derselben Erzeugenden des Zylinderkörpers C. u In Fig. 6 is shown a beam deflector, which is used to detect the transverse errors in a cylinder piece C with a regular hexagonal cross-section. A bundle of rays / "from a transducer T is reflected on eggs like P _{1 and P 2 of} the beam deflector, in order to be incident on the lateral surface of the cylinder body C at a constant angle of incidence .30 ° in the present exemplary embodiment. The rays of the bundle of rays F ' are in phase along the same generatrix of the cylinder body C. u

Alle Erzeugenden des Zylinderkörpers C werden mit derselben Strahlungsintensität bestrahlt, da die Länge der Segmente A" B' konstant ist, und zwar unabhängig vom Schnitt der Elemente des Strahlablenkers mit Ebenen parallel zu den Erzeugenden des Zylinderstücks C und senkrecht zu den Flächen. Dieser Strahlablenker dient zum Erfassen der Transversalfehler in einem Zylinderstück mit regelmäßigem hexagonalem Querschnitt. Ebenso wie in Fig. 5 kann gezeigt werden, daß alle Punkte der Erzeugenden mit derselben Amplitude erregt werden, da die Bestrahlung der Erzeugenden an jedem Punkt konstant ist. Die Strahlablenker bilden einen regelmäßigen Pyramidenstumpf, und zwar einer Pyramide von sechs Seiten, deren jeder einen WinkelAll generators of the cylindrical body C are irradiated with the same radiation intensity, since the length of the segments A "B 'is constant, regardless of the intersection of the elements of the beam deflector with planes parallel to the generators of the cylinder piece C and perpendicular to the surfaces. This beam deflector is used for detecting the transverse errors in a cylinder with regular hexagonal cross-section. As in Fig. 5 it can be shown that all points of the generators are excited with the same amplitude, since the irradiation of the generators is constant at each point , namely a pyramid of six sides, each of which has an angle

a = τ ± 2 ^m·¹ der zugehörigen Fläche des prismatischen Zylinderkörpers von hexagonalem Querschnitt C bildet. Das Vorzeichen ± in der Gleichung für den Winkel α hängt davon ab, ob der Strahlablenker mit dem Strahlenbündel F unter einem spitzen oder einem stumpfen Winkel 2 α zu bestrahlen ist; im Fall eines spitzen Winkels 2 a, wie in der Figur dargestellt, verlaufen die Strahlen des Bündels F' in bezug auf die Horizontale nach oben, während sie bei einem stumpfen Winkel 2 α nach unten verlaufen. a = τ ± 2 ^m · ^{1 of} the associated area of the prismatic cylinder body of hexagonal cross-section C. The sign ± in the equation for the angle α depends on whether the beam deflector is to be irradiated with the beam F at an acute or an obtuse angle 2 α; in the case of an acute angle 2 a, as shown in the figure, the rays of the bundle F ' extend upwards with respect to the horizontal, while at an obtuse angle 2 α they extend downwards.

In Fig. 7 sind die geometrischen Parameter dargestellt, die mit dem Verlauf der Strahlen verknüpft sind, die auf einer Schraubenlinie H einfallen, die kreisförmig und kontinuierlich auf einem Zylinderkörper C mit kreisförmiger Leitkurve liegt, die geometrischen Parameter wie die Winkel /, j, α und β bestimmen die Geometrie der Fläche, die den Strahlablenker bildet. Der Strahl PM, der parallel zur Achse Oz des den Körper C bildenden Zylinders ist, fällt im Punkt M auf der Fläche des Strahlablenkers ein und wird entlang dem Segment MA reflektiert, das einen Einfallswinkel / mit der Normalen N₁ auf dem Zylinder C im Punkt A bildet. Der ■ Punkt M projiziert sich entsprechend einer Vertikalen parallel zu den Erzeugenden in N auf die Ebene xOy, und es kann gezeigt werden, daß die Projektion der Normalen η auf die Ebene xOy, die durch das Segment NB gebildet ist, einen konstanten Winkel j mit der Normalen auf der kreisförmigen Leitkurve mit dem Radius R des Zylinders C einschließt. Eine geometrischere Definition der Fläche des Strahlablenkers ist die Projektion der Normalen auf der Fläche des Strahlablenkers η auf eine Ebene senkrecht zu den Erzeugenden, die einen Kreis mit dem Radius R sin j umhüllen (dieser Kreis geht durch F in Fig. 7). Die Strahlen fallen auf die Schraubenlinie H ein, die durch den Punkt A verläuft, und sind als Strichlinie doppelter Strichstärke abgebildet. Die Tangente an einem beliebigen Punkt A dieser Schraubenlinie schließt einen Winkel β mit der Ebene senkrecht zu den Erzeugenden ein, d. h. der Ebene xOy. Die Parameter der Projektionen der Normalen /; auf dem Strahlablenker auf die Ebene xOy, die den Kreis mit dem Radius R · smj einhüllen, bewirken, daß der Schnitt der Fläche des Strahlablenkers mit dieser Ebene eine Evolvente des Kreises mit dem Radius R ■ s\nj bildet, wobei j mit den Winkeln / und β durch folgende Gleichung verknüpft ist: ig j = tg / cosj8.In Fig. 7, the geometric parameters are shown which are linked to the course of the rays that impinge on a helical line H , which is circular and continuous on a cylinder body C with a circular guide curve, the geometric parameters such as the angles /, j, α and β determine the geometry of the surface which forms the beam deflector. The beam PM, which is parallel to the axis Oz of the cylinder forming the body C , is incident at the point M on the surface of the beam deflector and is reflected along the segment MA which has an angle of incidence / with the normal N ₁ on the cylinder C at the point A forms. The ■ point M projects on the plane xOy corresponding to a vertical parallel to the generators in N, and it can be shown that the projection of the normal η on the plane xOy, which is formed by the segment NB , has a constant angle j with the normal on the circular guide curve with the radius R of the cylinder C. A more geometric definition of the surface of the beam deflector is the projection of the normal on the surface of the beam deflector η onto a plane perpendicular to the generatrices, which surround a circle with the radius R sin j (this circle goes through F in FIG. 7). The rays fall on the helical line H , which runs through point A , and are shown as a double-thick dashed line. The tangent at any point A of this helical line includes an angle β with the plane perpendicular to the generatrix, ie the plane xOy. The parameters of the projections of the normals /; on the beam deflector on the plane xOy, which envelop the circle with the radius R · smj , cause the intersection of the surface of the beam deflector with this plane to form an involute of the circle with the radius R s \ nj , where j with the angles / and β is linked by the following equation: ig j = tg / cosj8.

In Fig. 8 ist ein Strahlablenker M gemäß der Gleichung ζ cotg a = -Jp¹ - R¹ sin- j + R sin j ■ Θ gezeigt, der ausgehend von seinen geraden Erzeugenden definiert ist, und zwar für den Fall, daß der Strahlablenker M einen Zylinder 40 mit dem Radius R umgibt Die Fläche des Strahlablenkers M ist eine regelmäßige Fläche. Eine erste gerade Erzeugende 52 geht von einem Punkte auf dem Kreis 54 mit dem Radius R sin j aus. Diese F.rzeugende liegt in einer Ebene 56 tangential am Zylinder, dessen Querschnitt als Grundlinie den Kreis 54 hat. Die Erzeugende 52 schließt einen Winkel a (der in Fig. 8 gleich a = π/4 ist) mit einer Ebene senkrecht zur Achse Oz ein. Eine zweite Erzeugende wie 58, "die einer Drehung um n/2 entspricht, geht von einem Punkt B auf ein&r Erzeugenden des Zylinders mit dem Radius R sin j in einem Abstand von der den Punkt A enthaltenden El ;ne gleich8 shows a beam deflector r M according to the equation ζ cotg a = -Jp ¹ - R ¹ sin- j + R sin j ■ Θ , which is defined on the basis of its straight line generators, namely for the case that the Beam deflector M surrounds a cylinder 40 with the radius R. The surface of the beam deflector M is a regular surface. A first straight line 52 starts from a point on the circle 54 with the radius R sin j . This generating end lies in a plane 56 tangential to the cylinder, the cross section of which has the circle 54 as the base line. The generatrix 52 forms an angle a (which is equal to a = π / 4 in FIG. 8) with a plane perpendicular to the axis Oz . A second generatrix such as 58, "which corresponds to a rotation by n / 2 , goes from a point B to a generatrix of the cylinder with the radius R sin j at a distance from the element containing the point A equal

π R siny tgg
2 π R siny tgg
2

aus. Diese Erzeugende liegt in einer Ebene tangential an dem Zylinder mit dem Radius R sin j und der Achse Oz und schließt einen Winkel a mit einer Ebene senkrecht zur Achse Oz ein. Die Erzeugenden 60,62 und 64 werden in ähnlicher Weise erhalten. Die Erzeugende 64 wird erhalten ausgehend vom Punkt C auf dem Zylinder mit dem Radius R sin7, wobei das Segment AC parallel zur Achse Oz ist und die Länge 2 π R sin j tg a hat. Diese Erzeugende 64 ist parallel zur Erzeugenden 52. In Fig. 8 giltjS = 0 und a = 45°, so daß die vom Strahlablenker M abgelenkten Strahlen auf den Zylinderkörper 40 in einer Ebene senkrecht zu den Erzeugenden treffen und die Schraubenlinien H sich auf Richtungskreise reduzieren. the end. This generatrix lies in a plane tangential to the cylinder with the radius R sin j and the axis Oz and encloses an angle a with a plane perpendicular to the axis Oz . Generators 60, 62 and 64 are obtained in a similar manner. The generatrix 64 is obtained starting from the point C on the cylinder with the radius R sin7, the segment AC being parallel to the axis Oz and the length 2 π R sin j tg a . This generatrix 64 is parallel to the generatrix 52. In FIG. 8, jS = 0 and a = 45 °, so that the beams deflected by the beam deflector M hit the cylinder body 40 in a plane perpendicular to the generators and the helical lines H reduce to directional circles .

Fig. 9 zeigt einen Strahlablenker M und einen Wandler 66, die beide im Innern eines Zylinders 68 mil dem Innenradius R angeordnet sind. Die Strahlen vom Wandler parallel zur Achse Oz werden durch den Spiegel M reflektiert und fallen auf die Innenfläche des zylindrischen Rohrs 68 unter einem konstanten Einfallswinkel /. Derartige Strahlen sind z. B. 72,74 und 76.9 shows a beam deflector M and a transducer 66, both of which are arranged in the interior of a cylinder 68 with the inner radius R. The rays from the transducer parallel to the axis Oz are reflected by the mirror M and are incident on the inner surface of the cylindrical tube 68 at a constant angle of incidence /. Such rays are z. B. 72, 74 and 76.

Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht des Strahlablenkers M von Fig. 8, wobei der Strahlablenker aus Vollmaterial gefräst ist. Dem Strahlablenker M entspricht eine Fläche 200, und ein zylindrisches Rohr 201, das zu prüfen ist, verläuft im Innern des Spiegels. Es versteht sich, daß ein ausreichender Zwischenraum zwischen dem zu prüfenden Rohr201 und dem Strahlablenker 200 gelassen wird, damit das Rohr201 frei im Innern des Stahlablenkers verschoben werden kann.FIG. 10 shows a perspective view of the beam deflector M from FIG. 8, the beam deflector being milled from solid material. A surface 200 corresponds to the beam deflector M , and a cylindrical tube 201 to be checked runs inside the mirror. It will be understood that sufficient clearance is left between the pipe 201 under test and the beam deflector 200 to allow the pipe 201 to slide freely within the steel deflector.

Die Einheiten von ebenen Wandlern und Strahlablenkern gestatten eine äußerst empfindliche Erfassung von Longitudinalfehlern in Zylinderkörpern, weil die Lamb-Wellen mit den Strahlen konstanten Einfallswinkels in einem größeren Bereich als bisher in Phase sind. Der Strahlablenker M erlaubt außerdem, daß dieses lnphascsetzen auf einer Länge unabhängig von der Erzeugenden, auf der der Fehler auftritt, erfolgt. Das Drehen des Zylinderkörpers relativ zum Wandler istThe units of planar transducers and beam deflectors allow an extremely sensitive detection of longitudinal errors in cylindrical bodies, because the Lamb waves are in phase with the beams of constant angle of incidence in a larger area than before. The beam deflector M also allows this phasing to take place over a length independent of the generating line on which the error occurs. The rotation of the cylinder body relative to the transducer is

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daher für eine Prüfung des ganzen Zylinderkörpers nicht mehr notwendig. Außerdem kann der Strahlablenker M in Abhängigkeit von der Neigung y der Fehler zur Rohrachse gewählt werden: man setzt β = γ. therefore no longer necessary for testing the entire cylinder body. In addition, the beam deflector M can be selected as a function of the inclination y of the error to the pipe axis: one sets β = γ.

Es können z. B. auch zwei ringförmige Wandler verwendet werden, die jeweils gegenüber einem Strahlablenker M angeordnet werden, von denen der eine für Transversalfehler und der andere für Longitudinalfehler berechnet ist. Es genügt dann eine Prüfung mittels einfacher Translation der Rohre anstelle komplizierter, schraubenlinienförmiger Bewegungen wie nach dem bekannten Stand der Technik.It can e.g. B. also two ring-shaped transducers can be used, which are each arranged opposite a beam deflector M , one of which is calculated for transverse errors and the other for longitudinal errors. A test by means of a simple translation of the tubes instead of complicated, helical movements as in the known prior art is then sufficient.

Derartige Kontrollen sind äußerst vorteilhaft für die Prüfung von dünnen Zylinderwänden, wo die Erregung mittels Lamb-Wellen besonders wirksam ist. Die kontinuierliche Prüfung von Metallrohren durch Einheiten von Wandlern und Strahlablenkern außerhalb z. B. von Rohren kann mit den erfindungsgemäßen Strahlablenkern besonders vorteilhaft erfolgen. Es können auch Stäbe aus Vollmaterial in einem gewissen Volumen in eier Nähe der Oberfläche geprüft werden. ' ■ Γ"Such controls are extremely beneficial to the Testing of thin cylinder walls, where the excitation by means of Lamb waves is particularly effective. The continuous Testing of metal pipes by units of transducers and beam deflectors outside e.g. B. from Tubing can be done particularly advantageously with the beam deflectors according to the invention. It can also Rods made of solid material can be tested in a certain volume near the surface. '■ Γ "

Außer zur Erzeugung von Lamb-Wellen sind die PExcept for the generation of Lamb waves, the P

Wandler ebenso wie die Spiegel und Linsen, die weiter \ Converters as well as the mirrors and lenses that further \

oben beschrieben wurden, zweckmäßig zum Erregen "were described above, useful for arousal "

von Wellen auf einer bestimmten Dicke ab der Oberfläche des zu prüfenden Körpers. Wenn auf die Oberfläche z. B. eines Zylinders Longitudinalwellen ^ geschickt werden, deren Strahlen einen konstanten Ein- * | fallswinkel mit der Normalen auf der Oberfläche im Einfallspunkt einschließen, existieren die im Medium 30 erregten (transversalen oder Iongitudinalen) Wellen nur | im Volumen zwischen der Oberfläche und derjenigen ^l Fläche, die von den durch Brechung erzeugten Strahlen eingehüllt wird. Die Hüllfläche ist parallel zur Oberfläche. Ähnlich ist es zur Vermeidung von vorübergehcnden Dispersionsefiekten beim Empfang zweckmäßig, in einem Werkstoff geringer Dicke Wellen konstantem Einfallswinkel zu erzeugen, die zickzackförmig zwi- B sehen den beiden Werkstoffflächen sich ausbreiten.waves of a certain thickness from the surface of the body to be tested. If on the surface z. B. of a cylinder longitudinal waves ^ are sent, the rays of which have a constant input * | If angle with the normal on the surface include at the point of incidence, the (transverse or longitudinal) waves excited in the medium 30 only exist | in the volume between the surface and that ^l area which is enveloped by the rays generated by the refraction. The envelope surface is parallel to the surface. Similarly, in order to avoid temporary dispersion efiects during reception, it is expedient to generate waves at a constant angle of incidence in a material of small thickness, which waves spread out in a zigzag shape between the two material surfaces.

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Hierzu 8 Blatt ZeichnungenIn addition 8 sheets of drawings

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5050

5555

6060

6565

■ r,■ r,

Claims

Patent claims:

1. Beam deflector, in particular for a device for material testing, for the transformation of a bundle of rays parallel to the generators of a cylinder body with a polygonal guide curve into a bundle of rays that strike the surface of the cylinder body at a constant angle of incidence in order to generate broken waves from which the steps of the surfaces of the associated shafts with the surface of the cylinder body are perpendicular to a family of broken helical lines, each broken helical line being formed by several straight segments that converge in pairs at the edges of the cylinder body, each segment at an angle ^ against one Plane is inclined perpendicular to the generatrix of the cylinder body, characterized by several plane beam deflector elements,
wherein each surface P _{1 of} the cylinder body (C) is assigned to at least one beam deflector element (M) ,

the direction of each plane beam deflector element (M ₁ ) is defined by the direction of its normal (n) ,
whose projections are proportional:

cos α when projecting onto a generating line of the cylinder body (C),

cozy "sin" for a projection onto a normal on the surface P ₁ and

siny sin σ for a projection on an axis perpendicular to the two previous projections, where the angles and «are determined by the following equations based on the angles / and β:

y = tg / cos β and cos 2a = ± sin / sin ß.

4040

In addition, the planes of the two planar beam deflector elements (M ₁ , M _{1 +} 1), which are assigned to successive surfaces (P ₁ , P ₁ ₄ ,) of the cylinder body (C) emerge from one another by a rotation with subsequent translation, the rotation about an axis parallel to the generatrix of the cylinder body (C) and in a plane of edges A ₁ and A _{1 +} \ , where the edge A _{1 is} the intersection of the surfaces P ₁ . j and P ₁ and the edge A, ₊ 1 is the intersection of the surfaces P, and P _{1 +} 1, the angle of rotation being equal to that of the dihedron formed by the surfaces P ₁ and P _{i +} , and

the translation being parallel to the generators by an amount asm j Ig α , with α being the width of the area P ₁ .

2. Beam deflector according to claim 1, wherein a = 0, so that the families of broken helical lines are reduced to the family of parallel guide curves in equatorial planes perpendicular to the generators, characterized by a plurality of plane beam deflector elements, each surface P _{1 of} the cylinder body (C ) at least one beam deflector element M _{1 is} assigned, the intersection of each beam deflector element M ₁ with a plane perpendicular to the generatrices of the cylinder body (C) is a straight line segment S ₁ which forms the same angle / with the associated surface P ₁ , and two of these segments 5, and S _{j +} ,, belonging to two successive beam deflector elements M ₁ and M _{1 +} 1, are equidistant from an edge A ₁ which represents the intersection of two surfaces P ₁ and P _1Λ .

3. Beam deflector according to claim 1, with jS = ^, um

to reduce the families of broken helical lines to segments of the generators, characterized by several plane beam deflection elements M ₁ , which form a pyramidal surface, each beam deflection element A /, enclosing an angle a = f ± f with the associated surface P _1.

4. Beam deflector according to claim 2, characterized in that the total length of the straight line segments S _{1 is} constant in each plane perpendicular to the generatrix.

5. Beam deflector, in particular for a device for material testing, to transform a bundle of rays parallel to the Krz.cugenden of a cylinder body with a circular guide curve into a bundle of rays that fall on the surface of the cylinder body at a constant angle of incidence to break waves to generate the intersections of surfaces of associated waves with the surface of the cylinder body perpendicular to a family of circular helical lines on this surface with a pitch 2 π R tg β , where the angle β is the angle between the tangents to the helical line and the plane perpendicular to the generatrices of the cylindrical body, characterized in that the surface of the beam deflector is part of a surface which is defined by the following equation in polar coordinates about the axis Oz :

ζ cotg a = Vp ² - R ² sin j + R sin / 6>,

where the angles α and / with the angles / and // are linked by the equations:

tgy ⁼ tg 'cozy /; cos 2 a - sin / sin ß.

6. Beam deflector according to claim 5 for transforming a bundle of rays parallel to the generators of a cylinder body of the axis Oz and circular guide curve with the radius R into a bundle of rays which hit the outer surface of the cylinder body at a constant angle of incidence / along a family of circles lallen, the cross-sections of the cylinder body, characterized in that the surface of the beam deflector is part of a surface which, in polar coordinates around the axis Oz, satisfies the following equation:

ζ = Vp ² - R ¹ sin ² / + R sin / Θ.

7. beam deflector according to claim 6, characterized in that the section of the surface of the Beam deflector with the planes perpendicular to the generating arcs of an involute of the circles more constant Length are.

8. Use of the beam deflector, in particular for a device for ultrasonic material testing, according to one of the preceding claims for detecting defects in a cylinder body by exciting Lamb waves in the cylinder

body of small thickness, characterized in that the beam deflector is assigned to a planar transducer the ultrasonic rays parallel to the generators of the cylinder body to be tested (O radiates and works as a transmitter-receiver.

9. Application of the beam deflector according to claim 8, characterized in that the Beam deflector and the transducer are located within a space that passes through one of the to be tested Body (C J forming cylinder tube is limited and filled with a coupling fluid

10. Application of the beam deflector according to claim 8, characterized in that the The beam deflector and the converter are located outside one of the body to be tested (cylinder tube forming O are located and that this unit is immersed in a coupling liquid.

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